黃石市磁湖北湖水質(zhì)監(jiān)測研究

邱昌恩 ,王衛(wèi)東,張 琪

(1.湖北師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石　435002;2.中國科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢　430072)

黃石市磁湖北湖水質(zhì)監(jiān)測研究

邱昌恩1,王衛(wèi)東1,張 琪2

(1.湖北師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石435002;2.中國科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢430072)

摘要：對黃石市磁湖北湖八個采樣點進行了兩年分季節(jié)的水質(zhì)監(jiān)測，根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測的常規(guī)方法，監(jiān)測了水溫、水深、pH值、透明度、Chl a含量、氨氮、硝氮、可溶性正磷酸鹽和總磷9項指標(biāo)。水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示：黃石市磁湖北湖水質(zhì)處在Ⅲ～Ⅴ類水質(zhì)之間，水體處在中度或重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：磁湖北湖；水質(zhì)監(jiān)測；富營養(yǎng)化

中圖分類號：X524

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2714(2015)04- 0006- 07

doi:10.3969/j.issn.1009-2714.2015.04.002

收稿日期:2015—06—08

基金項目：湖北省教育廳重點項目(D20092202)；淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點實驗室開放基金(2009FB10)；國家水體污染控制與治理科技重大專項子課題973項目(2009ZX07104-005-02)

作者簡介：邱昌恩(1966—)，男，湖北鄂州人，博士，教授，研究方向為藻類生物技術(shù)和環(huán)境科學(xué).

磁湖是黃石市區(qū)內(nèi)最大的城中湖，也是湖北省地表水監(jiān)測控制的重點水域之一，具有調(diào)蓄、防洪、漁業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)旅游等多種功能。改革開放以來，黃石市市政府加大了對磁湖的開發(fā)和建設(shè)，使湖面不斷縮小，湖水面積由二十世紀(jì)八十年代初的1．073×107m2縮小到目前不足8×106m2，比1984年縮小25%[1]。同時，由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活廢水等的污染，磁湖的水質(zhì)不容樂觀。磁湖周邊有27個排污口，每天有12萬噸工業(yè)污水、生活污水傾入。因此，磁湖的水環(huán)境狀況受到了廣泛的關(guān)注和治理投入。

磁湖是由于歷史和地理的原因，磁湖成為黃石市中心城區(qū)工業(yè)和生活廢水的沉積物、工業(yè)固體廢物及生活垃圾的納污體，加上水土流失以及填湖建設(shè)，導(dǎo)致磁湖面積萎縮、湖床增高、湖容減少。水體的污染降低了磁湖的使用功能[2]。同時又由于采礦業(yè)的不協(xié)調(diào)發(fā)展，采礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境受到了一定程度的破壞，受工業(yè)和生活污水的污染，磁湖的氮、磷含量都不同程度的超過了GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》相應(yīng)級別的標(biāo)準(zhǔn)限值[3]。

鑒于磁湖的污染狀況，本文通過對磁湖北湖九個水質(zhì)理化指標(biāo)進行監(jiān)測，對磁湖北湖水質(zhì)水體富營養(yǎng)狀態(tài)進行測定和評價，為黃石市政府對磁湖的綜合治理在科學(xué)決策上提供理論參考，以提高磁湖在養(yǎng)殖、旅游觀光和生活用水等方面的利用價值。

1研究方法

1.1　采樣點布設(shè)

黃石市磁湖由杭州路分為南北兩個半湖，本實驗是針對磁湖北湖進行調(diào)查研究。根據(jù)磁湖北湖的地理位置與周邊環(huán)境以及采樣點布設(shè)的原理共設(shè)置八個樣點(見圖1)，分別是：牛尾巴、廣播電視大學(xué)(下文簡稱電大)、黃石理工學(xué)院(下文簡稱理工)、黃石市市政府(下文簡稱市政府)、白房子、湖中心、團城山公園(下文簡稱團城山)和兒童公園。每個點在離岸30m左右，于水深1m處用采水器采取水樣。采1.5L水樣經(jīng)酸化處理后用于水化學(xué)檢測，采500mL水用于葉綠素含量和pH值測定。

水深用竹竿和米尺測量。按季度每年采樣四次，本文是從2008年3月到2009年12月的監(jiān)測結(jié)果。

圖1　黃石市磁湖北湖采樣點設(shè)置

1. 牛尾巴 2. 廣播電視大學(xué)(簡稱電大) 3. 黃石理工學(xué)院(簡稱理工) 4. 黃石市市政府(簡稱市政府) 5. 白房子 6. 湖中心 7. 團城山公園(簡稱團城山) 8.兒童公園

1.2　水質(zhì)監(jiān)測項目與方法

1.3　水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果與分析

1.3.1溫度和pH值的監(jiān)測結(jié)果在兩年的調(diào)查中，每次采樣在同一水層采樣點間的溫度變化范圍很小，但從春季到冬季由于季節(jié)性的溫度變化，各個采樣點的溫度也隨之發(fā)生變化(圖2)。pH值的監(jiān)測結(jié)果見圖3.pH值的最高值是9.15，最低值是6.70，其最高值出現(xiàn)在夏季，最低值出現(xiàn)在冬季，但總體上pH值在同一季節(jié)各樣點間的變化范圍不大，一年中夏季較高，春冬季較低。根據(jù)GB3838 - 2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)pH值在6～9之間無量綱[5]，而磁湖北湖在二年中各樣點的pH值基本都在6～9之間。

圖2　磁湖北湖各樣點溫度監(jiān)測結(jié)果(單位：℃)

圖3　磁湖北湖各樣點pH值監(jiān)測結(jié)果

1.3.2水深度和透明度的監(jiān)測結(jié)果磁湖北湖水深測量結(jié)果見圖4，平均水深在2～4m之間。從圖5看，從2008~2009年實測磁湖北湖透明度在0.30～0.85m之間變化，總體情況是：磁湖北湖各采樣點透明度在春季較高，在冬季較低。從兩年測定結(jié)果來看，磁湖北湖各個樣點透明度由高到低依次為：湖中心﹥白房子﹥市政府﹥團城山﹥牛尾巴﹥理工﹥電大﹥兒童公園。透明度的數(shù)據(jù)也會受到一些偶然因素的影響，如測量前持續(xù)的降雨會使透明度偏高，測量前在湖中進行大面積的捕魚活動會使透明度降低等。

圖4　磁湖北湖水深監(jiān)測結(jié)果(單位：m)

圖5　磁湖北湖各采樣點透明度的監(jiān)測結(jié)果(單位：m)

1.3.3 氨氮和硝氮的監(jiān)測結(jié)果磁湖北湖各采樣點氨氮和硝氮的測定結(jié)果見圖6和圖7。磁湖北湖水體中氨氮的含量在0.20～1.56mg/L之間，硝氮的含量在0.02～0.34mg/L之間，根據(jù)GB3838 - 2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》氨氮指標(biāo)，磁湖北湖水質(zhì)超過Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，屬Ⅲ類水質(zhì)(0.15mg/L<氨氮含量≤0.5 mg/L屬于Ⅱ類，0.5mg/L<氨氮含量≤1.0 mg/L屬Ⅲ類水質(zhì))[5]。根據(jù)測定結(jié)果，磁湖北湖各樣點氨氮含量由高到低依次為：兒童公園 > 團城山 > 電大 > 牛尾巴 > 白房子 > 市政府 > 理工 > 湖中心，氨氮的含量在兩年間的變化范圍不大；根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，磁湖北湖各采樣點硝氮含量由高到低依次為：兒童公園 > 牛尾巴 > 團城山 > 電大 > 理工 > 白房子 > 湖中心 > 市政府，硝氮的含量有逐年增加的趨勢。其中兒童公園處的硝氮和氨氮含量都最高，湖中心處的硝氮和氨氮的含量都最低。

圖6　磁湖北湖氨氮監(jiān)測結(jié)果(單位：mg/L)

圖7　磁湖北湖硝氮監(jiān)測結(jié)果(單位：mg/L)

1.3.4可溶性正磷酸鹽和總磷的監(jiān)測結(jié)果磁湖北湖各采樣點可溶性正磷酸鹽和總磷的監(jiān)測結(jié)果分別見圖8和圖9.磁湖水體中可溶性正磷酸鹽在0.013～0.191mg/L之間，總磷的含量在0.048～0.490mg/L之間。根據(jù)GB3838 - 2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》總磷指標(biāo)，磁湖北湖水質(zhì)在Ⅲ～Ⅴ類之間，其中有的數(shù)據(jù)超過Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)(0.025 mg/L<總磷含量≤0.05 mg/L屬于Ⅲ類，0.05 mg/L<總磷含量≤0.1mg/L屬于Ⅳ類，0.1mg/L<總磷含量≤0.2 mg/L屬于Ⅴ類)[5]。根據(jù)測定結(jié)果，磁湖北湖各樣點可溶性正磷酸鹽的含量由高到低依次為：牛尾巴> 理工> 電大 > 團城山 > 兒童公園>市政府 > 湖中心 > 白房子，白房子處的可溶性正磷酸鹽含量最低。磁湖北湖各樣點總磷的含量由高到低依次是：牛尾巴 > 理工 > 團城山 > 市政府 > 白房子 > 兒童公園 > 湖中心 > 電大，電大處的總磷含量最低。牛尾巴處的總磷和可溶性正磷酸鹽含量都最高。由2009年春季采樣結(jié)果看，磁湖北湖的總磷和可溶性正磷酸鹽比2008年有所下降。

圖8　磁湖北湖可溶性正磷酸鹽的監(jiān)測結(jié)果(單位：mg/L)

圖9　磁湖北湖總磷監(jiān)測結(jié)果(單位：mg/L)

2.3　富營養(yǎng)狀態(tài)評價

采用中國環(huán)境監(jiān)測總站推薦的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對磁湖北湖水體營養(yǎng)化狀態(tài)進行評價。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)公式為：

式中: TLI(Σ)——綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);TLI(j)——第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj——第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重。

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算式:

1) TLI(Chla)=10(2.500+1.086lnChl)

2) TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

3) TLI(SD)=10(5.118-1.940lnSD)

湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級：

采用0～100 的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)進行分級:

TLI(Σ)<30 貧營養(yǎng) (Oligotropher)

30≤TLI(Σ)≤50 中營養(yǎng) (Mesotropher)

TLI(Σ)>50 富營養(yǎng) (Eutropher)

50

60

TLI(Σ)>70 重度富營養(yǎng) (Hyper eutropher)

P在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其富營養(yǎng)化程度越重[6]。

2.3.1根據(jù)葉綠素a(Chla)含量作為評價指標(biāo)對磁湖北湖的富營養(yǎng)化狀態(tài)評價結(jié)果

根據(jù)葉綠素a(chla)的含量作為磁湖北湖的富營養(yǎng)化狀態(tài)評價指標(biāo)，葉綠素a是所有藻類的主要光合色素，是富營養(yǎng)化湖泊藻類中含量最多的色素，因此把它作為最具代表性和測定簡便的藻類現(xiàn)存量指標(biāo)[7]。從2008年3月開始，兩年各采樣點數(shù)據(jù)顯示：黃石市磁湖北湖各采樣點都處于中度、重度富營養(yǎng)化狀態(tài)，水體有逐漸惡化的趨勢。結(jié)果見圖10.

圖10　利用葉綠素a(Chla)含量數(shù)據(jù)對磁湖北湖的富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價結(jié)果(圖中數(shù)據(jù)是TLI(Σ)值)

2.3.2根據(jù)透明度(SD)作為評價指標(biāo)對磁湖北湖富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價結(jié)果

根據(jù)透明度(SD)作為評價指標(biāo)對磁湖北湖的富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價結(jié)果見圖11，從2008年4月開始，兩年的采樣點數(shù)據(jù)顯示：磁湖北湖各采樣點基本處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，水體有逐漸惡化的趨勢。

2.3.3根據(jù)總磷(TP)作為評價指標(biāo)對磁湖北湖的富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價結(jié)果

根據(jù)總磷作為評價指標(biāo)對磁湖北湖富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價結(jié)果見圖12.2008年3月各樣點基本處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，從2008年6月開始，磁湖北湖各樣點都處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)，之后2008年10月和2008年12月兩次監(jiān)測結(jié)果都顯示磁湖北湖也都處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。但從2009年春季采樣結(jié)果來看總磷含量處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，而2009年全年水質(zhì)較2008年全年有所好轉(zhuǎn)。

圖11　利用透明度(SD)數(shù)據(jù)對磁湖北湖的富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價結(jié)果(表中數(shù)據(jù)是TLI(Σ)值)

圖12　利用總磷數(shù)據(jù)對磁湖北湖的富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價結(jié)果(表中數(shù)據(jù)是TLI(Σ)值)

3討論

我國幅員遼闊，境內(nèi)分布著無數(shù)大小湖泊，由于人們環(huán)保意識薄弱，許多湖泊均不同程度受到了污染，水質(zhì)惡化，而地處人口稠密的城市地區(qū)湖泊的污染和富營養(yǎng)化問題尤為嚴(yán)重，杭州西湖[8～9]、武漢東湖[10-11]、北京四海[12]等城市湖泊的水質(zhì)均已達到富營養(yǎng)化和重富營養(yǎng)化程度。而國內(nèi)有些淡水湖泊也受到不同程度的污染[13～14]。黃石市磁湖是黃石市的城中湖，自上個世紀(jì)70年代以來，由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)廢水和生活污水的污染，磁湖水質(zhì)也受到了嚴(yán)重污染。盡管這幾年黃石市政府在對磁湖經(jīng)過一系列的整治之后，磁湖的水質(zhì)得到了一定的改善，其周邊的生態(tài)環(huán)境也得到了一定程度的恢復(fù)。但是工農(nóng)業(yè)污染源還沒有徹底控制，而且水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)也仍然在污染磁湖的水環(huán)境，黃石市磁湖的水質(zhì)污染仍不容樂觀。因此對磁湖水質(zhì)水體狀況進行年度分季節(jié)跟蹤監(jiān)測，其監(jiān)測結(jié)果對黃石市市政府在今后治理磁湖的決策上提供參考數(shù)據(jù)具有一定的指導(dǎo)意義。

根據(jù)2008年到2009年的水質(zhì)調(diào)查研究，磁湖北湖的穩(wěn)定性整體較好。從2008年12月至2009年3月，除牛尾巴外磁湖北湖水體的透明度總體有所增加，硝氮、氨氮的含量增加幅度較大，但正磷酸鹽(除牛尾巴上升外)和總磷含量下降幅度較大。

綜合監(jiān)測結(jié)果可以得出結(jié)論：磁湖北湖2008~2009年間水體處于中度富營養(yǎng)化和重度富營養(yǎng)化之間，水質(zhì)處于Ⅲ～Ⅴ類之間。加強磁湖水環(huán)境的綜合整治，更進一步的改善水質(zhì)以提高磁湖的綜合功能為當(dāng)務(wù)之急。

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The study on water quality monitoring of

the north of Cihu lake in Huangshi city

QIU Chang-en1,WANG Wei-dong1,ZHANG Qi2

(1.College of Life Science,Hubei Normal University,Huangshi435002,China；

2. Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan430072, China)

Abstract:The water quality about the North of Cihu Lake in Huangshi City was monitored with eight sampling sites in two years. According to the normal method of water quality monitoring, nine indexes were monitored ,for example water temperature, water depth, pH value, diaphaneity, the content of Chl a, ammonia nitrogen, nitrate nitrogen, soluble orthophosphate and total phosphorus. The results of water quality monitoring show that the water quality is between the class Ⅲ and Ⅴ, and the water body is in middle and hyper eutrophication level.

Key words:north of Cihu lake；water quality monitoring；eutrophication